(57)【要約】【課題】リップルによる温度上昇や使用温度による寿命の劣化も低減でき、コンデンサ自体の自己温度上昇を低減でき、長寿命で信頼性の高い安全で、小型の放電灯点灯装置および照明器具を提供する。【解決手段】商用または直流電源を入力し、前記電源を高周波に変換し、放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置において、コンデンサとしてフィルムの厚みが約４μｍ以下のポリプロピレンフィルムを使用したフィルムコンデンサを備え、前記フィルムコンデンサのフィルムに印加される電界が約８５Ｖ／μｍ以上とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用または直流電源を入力し、前記電源を高周波に変換し、放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置において、コンデンサとしてフィルムの厚みが約４μｍ以下のポリプロピレンフィルムを使用したフィルムコンデンサを備え、前記フィルムコンデンサのフィルムに印加される電界が約８５Ｖ／μｍ以上であることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
チョッパ回路を有する放電灯点灯装置において、チョッパ回路の平滑用のコンデンサとしてフィルムの厚みが約４μｍ以下のポリプロピレンフィルムを使用し、前記フィルムに印加される電界が約８５Ｖ／μｍ以上であることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】
請求項２において、前記フィルムコンデンサは電解コンデンサ相当容量の約１／２以下の容量であることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記フィルムコンデンサはＰＢＴ、ＬＣＰもしくはＰＰＳのケースに挿入されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記フィルムコンデンサはエポキシ系の粉体材料で外装されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のコンデンサを実装した放電灯点灯装置を内蔵することを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルムコンデンサを用いた放電灯点灯装置及び照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のインバータ装置においても、特公平７−７５４６４号公報に開示されているように、電気機器の電源平滑部に使用されるコンデンサはリップルによる発熱や温度上昇により寿命が短くなるため、電解コンデンサの代替としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用いたフィルムコンデンサが使用されてきた。しかしながら、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いたコンデンサは、初期の絶縁破壊に対してはセルフヒーリングにより欠陥部が除去されるが、コンデンサの寿命末期時には絶縁破壊等による発熱によってフィルムの溶融や短絡により容量を失う可能性が高く、装置の寿命を短縮する恐れがある。特に、インバータ式の放電灯点灯装置においては、使用時間も長く、さまざまな用途で使用されるため、長寿命化のための設計上の配慮が必要である。
【特許文献１】特公平７−７５４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この問題を解決するために、寿命末期の発熱でフィルムが大きく収縮するＰＰ（ポリプロピレン）フィルムを用いることが考えられる。ＰＰ（ポリプロピレン）フィルムコンデンサは１０５℃〜１２５℃を越える温度で収縮率が大きくなるため、コンデンサもしくはコンデンサフィルムの絶縁破壊による発熱があった場合、フィルムが収縮し、回路が開かれ、コンデンサが短絡に至ることを防止できる。
【０００４】
しかしながら、ポリプロピレンフィルムコンデンサを使用した場合、フィルムの誘電率が低いため、コンデンサ形状が大きくなり、電解コンデンサ以上の形状になってしまいがちであるが、近年、４μｍ以下の厚みの薄いフィルムが開発され、これらを用いることにより、この問題を解決することが出来る。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、回路に使用される電解コンデンサまたはポリエチレンテレフタレートフィルムコンデンサを、厚みの薄い約４μｍ以下のフィルムを使用したポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えることにより、リップルによる温度上昇や使用温度による寿命の劣化も低減でき、コンデンサ自体の自己温度上昇を低減でき、長寿命で信頼性の高い安全で、小型の放電灯点灯装置および照明器具を供給することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、上記の課題を解決するために、商用または直流電源を入力し、前記電源を高周波に変換し、放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置において、コンデンサとしてフィルムの厚みが約４μｍ以下のポリプロピレンフィルムを使用したフィルムコンデンサを備え、前記フィルムコンデンサのフィルムに印加される電界が約８５Ｖ／μｍ以上であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、放電灯点灯装置に使用される電解コンデンサまたはポリエチレンテレフタレートコンデンサを厚みの薄い４μｍ以下のフィルムを使用したポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えることによりリップルによる温度上昇や使用温度による寿命の劣化も低減でき、コンデンサ自体の自己温度上昇も低減でき、長寿命で信頼性の高い安全で、小型の放電灯点灯装置および照明器具を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１にかかる放電灯点灯装置の主回路図を示す。商用電源ＡＣには整流用のダイオードブリッジＤＢの交流入力端子が接続されている。整流用のダイオードブリッジＤＢの交流入力端子側にはフィルター用のコンデンサＣ１が接続されている。このコンデンサＣ１はフィルムコンデンサである。整流用のダイオードブリッジＤＢの直流出力端子側にもフィルター用のコンデンサＣ２が接続されている。このコンデンサＣ２もフィルムコンデンサである。整流用のダイオードブリッジＤＢの直流出力端子の正極にはチョッパ用のインダクタＬ１の一端が接続されている。チョッパ用のインダクタＬ１の他端はチョッパ用のスイッチング素子Ｓ３の一端（ドレイン側）に接続されると共に、ダイオードＤ１のアノード側に接続されている。チョッパ用のスイッチング素子Ｓ３の他端（ソース側）は整流用のダイオードブリッジＤＢの直流出力端子の負極側（接地端）に接続されている。ダイオードＤ１のカソード側には、平滑用の電解コンデンサＣｅとコンデンサＣ３の各一端に接続されている。平滑用の電解コンデンサＣｅとコンデンサＣ３の各他端は接地されている。コンデンサＣ３は電解コンデンサＣｅに流れる高周波のリップル成分をバイパスするコンデンサであり、フィルムコンデンサが用いられる。電解コンデンサＣｅの両端には、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｓ２の両端には、直流カット用のコンデンサＣ４、限流及び共振用のインダクタＬ２を介して放電灯ＦＬの両極のフィラメントの各一端が接続されている。放電灯ＦＬの両極のフィラメントの他端（非電源側端子間）には共振用のコンデンサＣ５が並列接続されている。直流カット用のコンデンサＣ４と共振用のコンデンサＣ５はいずれもフィルムコンデンサで構成されている。
【０００９】
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２はインバータ制御部７により交互にオン・オフ駆動される。スイッチング素子Ｓ３は商用周波数よりも十分に高い周波数でスイッチングされる。スイッチング素子Ｓ３が高周波でスイッチングされることにより、電解コンデンサＣｅの両端には平滑な直流電圧が得られる。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２が交互にオン・オフ駆動されることで、電解コンデンサＣｅの直流電圧は高周波電圧に変換され、直流カット用コンデンサＣ４を経てインダクタＬ２とコンデンサＣ５の共振回路を高周波で共振させ、その共振電圧により放電灯ＦＬを点灯させる。なお、図１の回路では、電解コンデンサＣｅ以外のコンデンサＣ１〜Ｃ５はフィルムコンデンサで構成できるが、いずれか１つ以上のコンデンサがフィルムコンデンサであれば本発明を適用できることは言うまでも無い。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
表１は従来例について、図１の回路に用いられるフィルムコンデンサＣ１〜Ｃ５の定格電圧と、誘電体として使用されるフィルムの種別、フィルムの厚み（μｍ）、フィルムに印加される電界（フィルムの単位厚みに加わる電位）を示したものであり、表２は比較例として、表１の従来例を同じ厚みのポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えた場合の体積比を示したものである。ポリプロピレンフィルムの誘電率εＰＰは一般的にεＰＰ＝２．１、またポリエチレンテレフタレートフィルムの誘電率εＰＥＴは一般的にεＰＥＴ＝３．１であるため、誘電率の比３．１／２．１、約１．５倍の体積比となる。
【００１２】
【表２】
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【００１３】
表３は本発明の実施例であり、表１の従来例を４μ以下のポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えた場合の体積比を示したものである。ポリプロピレンフィルムの厚みを４μ以下にすることで、ポリエチレンテレフタレートフィルムコンデンサを用いる従来例（表１）に対して１．１倍以下の体積比で収めることが出来る。
【００１４】
【表３】
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【００１５】
本実施例では、４μ〜３．５μのポリプロピレンフィルムを使用したが、これらを更に薄いフィルムを使用することで、従来のポリエチレンテレフタレートフィルムコンデンサより小さいポリプロピレンフィルムコンデンサを使用でき、放電灯点灯装置も小型化でき、かつ、長寿命なものとなる。また、損失もポリエチレンテレフタレートフィルムコンデンサの約１／１０であり、発熱の少ない放電灯点灯装置を実現できる。
【００１６】
（実施の形態２）
図２及び図３にフィルムコンデンサの構造例を示す。図２（ａ）は外観を示す斜視図、図２（ｂ）は内部構造を示す斜視図である。また、図３は内部構造を示す断面図である。フィルムコンデンサ１は２枚のメタライズドフィルムを巻回した後、メタリコン５を吹き付けて電極を形成し、リード線２を付けることで構成されている。使用されているフィルム３はポリプロピレンで、熱収縮性が大きい。メタリコン５からフィルム３の蒸着金属４を通じて相反する蒸着金属４との間で、誘電体フィルム３を介してコンデンサを形成する。コンデンサの抵抗成分はリード線２とメタリコン５、メタリコン５とフィルム３、蒸着金属４の抵抗でほぼ構成され、代用特性としてｔａｎδで表現される。
【００１７】
図４（ａ）はフィルム３上の蒸着金属４を示す図であり、図中の上方が電極側となっている。実施の形態１で述べたような高い電界がフィルムに印加されて、コンデンサの絶縁破壊が起きたときに、セルフヒーリングにより修復がなされればよいが、セルフヒーリングが起こりにくい場合、図４（ｂ）に示すように、電極側に近い蒸着金属が飛散してしまうことになる。この現象で、ｔａｎδの上昇による発熱やコンデンサ容量の減少が起こりやすくなる。
【００１８】
このような課題を解決するために図５（ａ）のようなスリット部６の付いた蒸着フィルムを使用する。一般的にこのようなスリット部６の付いた蒸着フィルムを使用したコンデンサは、保安機構付きコンデンサと呼ばれており、蒸着金属が片側（図中の上側）の電極部でつながるが、小さいセルで成り立ち、ちょうどコンデンサを並列に接続したように形成される。このような形状を採ることにより、図５（ｂ）の黒丸で示すように絶縁破壊が生じても、その絶縁破壊部のあるセルのみが破線で示すように切り離されるので、著しい容量減退や耐電圧の低下を防ぐことが出来る。この保安機構付きフィルムは片面でも、両面でもよい。また、蒸着金属は一般的にはアルミニウムが多いが、Ｚｎでも良いし、アロイでも良い。
【００１９】
また、フィルムについては、従来のコンデンサのフル定格での最高使用温度は８５℃であったが、東レ株式会社らの特開平１０−１５６９３９号公報に開示されているように、高温での熱収縮を抑え、従来よりも最高使用温度を向上させることが可能な高耐熱ポリプロピレンフィルムやこれを用いたコンデンサが提案されており、また、特開平１０−１１９１２６号公報には最高使用温度を２０℃向上させることが可能なポリプロピレンフィルム、特開平５−２１７７９９号公報にはメタライズドコンデンサとして提案されている。このような高耐熱ポリプロピレンフィルムを使用することにより、コンデンサの使用温度を上昇させることが出来るばかりでなく、絶縁破壊を少なくし、耐電圧の低下を防ぐことが出来る。
【００２０】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図１の回路に用いられるコンデンサＣ１〜Ｃ５のほか、さらに、平滑用のコンデンサＣｅをポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えるものであり、フィルムコンデンサの容量を電解コンデンサ相当容量の約１／２以下とするものである。
【００２１】
特公平７−７５４６４号公報の第４図に示されるようにフィルムコンデンサの寿命は、電解コンデンサの寿命に比べて明らかに長いものとなる。一般的にアルミ電解コンデンサは周囲温度が１０℃上昇することで寿命が半分になる「アレニウスの法則」が採用され、コンデンサの容量が半減しても放電灯点灯装置や機器が動作するよう設計されることが多い。表４はフィルムコンデンサと電解コンデンサの容量許容差と寿命について示したものである。
【００２２】
【表４】
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【００２３】
この表より、電解コンデンサは容量許容差が大きく、かつ寿命時の容量抜けが大きいため、コンデンサの容量自体を大きく設計する必要がある。また、形状も円形であるため、近年の薄型実装には適さないという問題もある。
【００２４】
この問題に対しても、実施の形態１または２のフィルムコンデンサＣ１〜Ｃ５を使用した放電灯点灯装置において、図１の平滑用のコンデンサＣｅをポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えることにより、安全でかつ形状が薄型実装に適した長寿命の放電灯点灯装置を提供できる。
【００２５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、コンデンサを放電灯点灯装置の基板に実装する前に樹脂材料による外装を施すものであり、フィルムコンデンサをＰＢＴ、ＬＣＰもしくはＰＰＳのケースに挿入するか、あるいは、エポキシ系の粉体材料で外装することを特徴とする。
【００２６】
図６の例では、コンデンサ素子１をＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）あるいはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）の樹脂ケース８に挿入するものである。また、近年、高耐熱用途で使用されるＬＣＰ（液晶性ポリマー）を使用してもよい。図７の例では、比較的小型のコンデンサ１を放電灯点灯装置の基板に実装する前にエポキシ系の粉体樹脂９で外装したものである。
【００２７】
実施の形態１〜４の放電灯点灯装置は、オフィスや一般家庭の照明器具に内蔵して信頼性の高い照明器具として利用できる。また、このような照明器具を複数組み合わせて信頼性の高い照明システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の放電灯点灯装置の回路構成の一例を示す回路図である。
【図２】フィルムコンデンサの外観と内部構造を示す斜視図である。
【図３】フィルムコンデンサの内部構造を示す断面図である。
【図４】フィルムコンデンサのスリット無し蒸着フィルムを示す平面図である。
【図５】フィルムコンデンサのスリット付き蒸着フィルムを示す平面図である。
【図６】フィルムコンデンサの外装構造の一例を示す斜視図である。
【図７】フィルムコンデンサの外装構造の他の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  フィルムコンデンサ
２  リード線
３  誘電体フィルム
４  金属蒸着膜
５  メタリコン
６  スリット
７  インバータ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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